凝ギャップ内にフェルミ準位を持つ物質群を用いた新しい熱電材料の創成

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13355024
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 水谷 宇一郎 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00072679)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 琵琶 哲志 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50314034) ; 竹内 恒博 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00293655) ; 生田 博志 名古屋大学, 理工科学総合研究センター, 助教授 (30231129)
• Keywords: ゼーベック係数 / 擬ギャップ系 / Co-225酸化物 / 準結晶 / Fe_2VAl化合物

Research Abstract

熱電変換材料が注目を集めている。熱電素子開発の指針は低比抵抗のまま如何に大きなゼーベック係数と低い熱伝導度を実現するかである。ゼーベック係数の絶対値はフェルミ準位における状態密度の微係数に依存するため、状態密度の傾きが急峻な材料に高いゼーベック係数が期待される。これは擬ギャップ系の電子構造の特徴であるので、高い性能指数を持つ熱電材料は擬ギャップ系を探索することにより発見出来ると期待される。本研究では擬ギャップ系として(1)準周期構造を持つ準結晶、(2)金属間化合物Fe_2VAl合金系、(3)強相関物質の仲間であるCa_2Co_2O_5酸化物及びその周辺物質を選び、これらの材料を合成し熱電特性及びフェルミ準位近傍の電子状態を調査することで優れた熱電変換を行なう材料を開発しその機能発現機構の解明を図ることを目的としている。
成果として(Ca,Sr,Bi)_2Co_2O_5が873K以上の高温で無次元性能指数が1.2を越える優れた熱電特性を持つことを見出した。幾つかのCo酸化物が優れた熱電特性を持つ機構の解明を次年度に向けて進めている。また、Fe_2VAl系では化学量論組成からずれることによりn及びp型の熱電材料が得られることを見出している。さらに、Fe_2VAlにSiの添加するとゼーベック係数が増大することを見出した。準結晶系ではAl-Pd-Mn単準結晶を10μm程度まで薄くしてAu,Reをイオン注入しゼーベック係数の変化を調べた。その結果、Reの添加がゼーベック係数を増大させることを見出した。

Research Products

• [Publications] R.Funahashi: "An oxide single crystal with high thermoelectric performance in air"Jpn.J.Appl.Phys.. 39. L1127-L1129 (2000)
• [Publications] 加藤英晃: "ホイスラー型Fe_2VAl合金の熱電特性に及ぼすSi置換効果"日本金属学会誌. 65. 652-656 (2001)
• [Publications] R.Funahashi: "Thermoelectic propertion of (Ca,Sr,Bi)_2Co_2O_5 whiskers"Materials Transaction. 42. 956-960 (2001)
• [Publications] V.Fournee: "Electron transport properties and thermoelectric effect of Al-Pd-Mn single quasicrystals doped with M=Au or Re by ion implantation"Symposium Proc. of Materials Research Society. 643. K14.3.1-K14.3.6 (2001)
• [Publications] Y.Nishino: "Effect of off-stoichiometry on the transport properties of the Heusler-type Fe_2VAl compound"Phys.Rev.B. 63. 233303 (2001)
• [Publications] 水谷 宇一郎: "Wiedemann-Franz則と熱電変換材料"金属. 71. 421-429 (2001)